水電工程安全應急云平臺構建研究

李玉芹，黎 靜，王新棟，李 茂

(1.西安科技大學,西安 710054；2中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

近年來，中國的水電工程建設項目取得空前發展，大批水電工程項目的成功實施對保障國家能源安全、促進國民經濟發展、繁榮區域經濟做出了重要貢獻。由于水電工程所處的環境和自身特點，施工過程中突發事件發生隨機性大、頻繁發生，具有不確定性，對工程建設計劃的正常實施產生較大沖擊，影響水電工程建設項目的順利實施和可持續發展，對工程目標實現產生不利影響，整體安全生產形勢嚴峻[1]。因此，水電工程項目建設相關部門應該建立相對完善的安全應急管理系統以提高應急管理能力。

1 應急云平臺建設的研究現狀

目前，國務院及地方政府部門研究建立了國家應急平臺體系；國家安全生產監督管理部門研究建立了安全生產應急平臺；國土資源管理部門研究建立了地質災害應急平臺；交通運輸管理部門研究建立了安全應急管理服務平臺[2]。高大磊、妥洪玻、桂翔、馬莉等[3-8]針對公路、機場及煤礦等其他行業、單位也都不同程度開展了應急平臺方面的技術研究，但水電工程建設全過程的“安全應急云”管理平臺體系的研究尚無研究經驗。

目前，市場上面向工程建設安全應急行業的系統及解決方案，大多存在技術、業務知識和配套設備3個層面的不足：① 在技術層面上，已有解決方案大多基于商業軟件和關系數據庫產品開發，缺乏大數據處理分析能力和水平擴展能力，不能滿足工程建設安全應急行業海量數據的管理、分析需求，特別是數據量持續不斷增長的需求；② 在業務層面上，目前還沒有建立一套行之有效的統一行業標準，包括數據標準、業務模型、部門職責、工作流程等，導致在工程安全應急過程中各部分各自為戰、管理混亂；③ 在配套設備層面上，基本沒有針對工程建設安全應急的系統硬件設備，很多終端設備都是從其他行業延伸過來的，無法形成有效的監測和應急效力。

2 水電工程安全應急管理

水電工程突發事件應急管理的根本目的是減少突發事件的發生以及降低突發事件造成的人員傷亡、財產損失、社會影響和生態環境破壞。水電工程突發事件安全應急管理主要包括：① 事故預防；② 應急準備；③ 應急響應；④ 后期處置。4個階段的動態過程，各階段相輔相成，共同作用[9]。

2.1 事故預防

(1) 技術裝備水平。要提高突發事件的預防與應急能力，必須時刻監測施工過程及工作環境的變化。同時，對水電工程施工過程中的重大危險源、隱患等進行辨識與評估，采取必要措施預先處理，降低突發事件發生的可能性。

(2) 組織協調能力。主要指在突發事件發生時，對應急人員、物資、裝備等應急資源的調配、協調能力，迅速展開應急救援，即突發事件及沖突處理能力。

(3) 監測監控能力。做好突發事件應急監測的布點與采樣，配備相應的應急監測儀器，提高現場監測監控能力，根據可能導致事故發生的前兆，向相關部門發出緊急信號，提前預防或消除突發事件發生。

2.2 應急準備

(1) 通信與信息保障

應急響應過程中，相關人員必須堅守工作崗位，確保通信設備處于正常使用狀態，并按規定程序及時、準確向有關負責人報送信息。另外，應急指揮中心應與政府監管部門或其他相關職能部門保持及時溝通，以便獲得對救援工作的指導和幫助。

(2) 應急隊伍保障

根據項目建設單位的應急管理工作規定，定期開展群眾性的應急培訓和演練活動，并按照應急預案的有關規定成立應急工作小組，以及建立專家庫與督促所屬企業和專業救援隊伍簽訂救援協議，明確其相應職責，必要時刻組織專業培訓，提高其應急救援狀態下的工作能力。

(3) 醫療救護保障

項目建設單位應根據應急工作的實際需要，有計劃地組織施工人員開展自救、互救(心肺復蘇、人工呼吸等)基本技能的培訓以及逃生等演練活動，必要時可以通過協議確定當地應急醫療救護資源，支援現場應急救治工作。

(4) 應急物資和設備保障

項目建設單位應依據突發事件處置的實際需求，配備必要的應急救援裝備或工具。另外，應結合各類安全檢查活動督促所屬企業充實救援物資、定期檢修救援設備，并與社會救援力量保持有效的聯系，必要時可通過協議確定社會應急救援資源，作為應急救援的必要補充。

2.3 應急響應

首先，事故現場相關人員對突發事件的嚴重程度、可控性、影響范圍、事故性質以及可持續性等進行研判；對現場救援情況、應急資源調度情況、人員撤退情況進行了解，請求上級啟動相應級別的應急響應，保證“以人為本”的原則，盡最大地努力搶救傷員，盡可能將人員傷害與財產損失降到最小，防止事態進一步擴大。其次，如果現場相關人員及項目各參建單位的應急能力無法有效應對突發事件，就要啟動擴大響應，請求當地安全監管部門及相關單位協同作戰，共同應對突發事件。另外，啟動相應級別響應時，應急人員立即到位，信息網絡立即開通，充分調配應急資源，全力配合現場應急救援行動。行動過程中，若發現事態有擴大的趨勢，應該果斷采取擴大應急的措施；若事態仍然難以控制，則申請增援；若事態得以控制，則解除警戒，進行事故調查以及善后處理等應急恢復工作。

2.4 后期處置

(1) 事故調查

應急響應工作結束后，項目建設單位應積極配合政府相關部門進行事故調查工作，調查事故原因、評估事故損失、恢復施工秩序等。若政府授權單位自行調查，依據項目建設工程的生產安全事故調查處理和監督管理規定開展調查工作。

(2) 現場處置

事故調查取證工作結束后，項目建設單位應積極開展現場清理和恢復生產工作。首先,要恢復施工現場相對穩定的狀態，迅速開展善后處置工作。另外，在這期間要避免二次災害或衍生災害的發生。

(3) 應急總結

應急處置工作結束后，項目建設單位應對應急救援的整個過程進行全面總結。根據事故的應急總結，對事故的應急救援工作進行全面評估；對相應的應急預案進行評審、修訂；對不足的應急資源進行補充、完善，要細致深入地剖析應對過程中顯現出來的應急能力不足之處，為后續應急能力的建設及應急工作的展開提供前車之鑒。

3 安全應急云平臺建設

3.1 平臺概況

水電工程項目建設過程安全和應急管理綜合服務平臺旨在打通水電工程建設過程中安全應急管理的各個環節。通過云計算、大數據、移動互聯等技術，以GIS作為展現平臺，專業運維作為支撐，集成視頻監控、運輸車輛定位、人員定位、風險評估、水雨情、地質、山洪監測和預警等為一體的安全應急綜合管理平臺[10]。該系統采用前端APP應用和后臺Web應用方式，開發電腦客戶端、手機客戶端軟件。以“整合、補充、共享、服務”為指導思想，通過建立風險及防范專項庫、安全應急法律法規專項庫、應急預案專項庫、安全專家專項庫、事故案例專項庫、隱患上報處置專項庫、應急資源專項庫、人員和設備專項庫等，最終建立“安全和應急管理綜合服務平臺”智庫。主要思想是工程施工階段為安全施工、應急處置，指揮調度提供高效、便捷的技術服務和數據服務，從而提高工作效率，為工程施工保駕護航。

3.2 平臺系統架構

通過分析水電工程安全應急管理的過程，從系統開發和構建的邏輯結構上看，安全和應急管理綜合服務平臺自底向上可分為5個方面：① 基礎設施層；② 數據采集層；③ 數據中心；④ 服務支撐層；⑤ 業務應用層；⑥ 展示層。

3.2.1 基礎設施層

安全和應急管理綜合服務平臺的基礎設施層是支撐整個平臺運行的基礎條件，主要包括：① 由互聯網/有線專網/4G網絡/無線網絡(WiFi)、衛星通信網絡等構成的物理鏈路系統；② 由服務器、存儲設備、交換機、機柜、UPS服務器、監測儀器、傳感器、顯示設備等構成的硬件支持體系；③ 由三維地理信息平臺軟件、數據庫軟件、操作系統軟件、安全軟件、防毒殺毒軟件等構成的軟件支持體系。

3.2.2 數據采集層

數據采集層通過各種手段獲取安全和應急管理綜合服務平臺運行需要的各類專業屬性數據、基礎數據、業務數據、安全應急綜合管理數據及其他數據。數據采集手段包括與其他系統交換共享、數據采集軟件錄入、監測設備儀器、人工調查(主要是移動端數據錄入(包括智能手機、PDA等)和實地勘測獲取數據)等。

3.2.3 數據中心

數據中心是安全和應急管理綜合服務平臺的重要組成部分，由數據管理維護工具、數據庫等構成，為平臺服務支撐層和業務應用系統提供數據資源及數據服務。數據中心對數據進行統一組織和管理。其數據主要包括：空間數據、安全管理數據、應急管理數據、成果展示數據等。針對安全應急綜合管理平臺建設的需求，構建統一的數據存儲、管理、應用和服務平臺。

3.2.4 服務支撐層

服務支撐層以數據中心為基礎，提供安全管理、應急管理等業務應用系統運行的環境基礎和單點登錄(SSO)、權限管理、信息發布等功能組件。同時也是各種業務集成的基礎。在數據中心的PaaS層(平臺即服務)支撐下，購置并建設GIS平臺、物聯網平臺、視頻通道平臺，依托服務支撐層的功能組件(包括單點登錄(SSO)、權限管理、功能管理、信息發布等)，構建安全和應急管理綜合服務平臺的服務支撐層。安全應急綜合管理平臺的服務支撐層面向安全管理、應急管理、視頻管理等業務領域的工作需要，提供信息瀏覽、查詢、統計分析、系統管理維護等業務應用功能模塊，同時實現業務應用的擴展性、可二次開發等。

3.2.5 業務應用層

安全和應急管理綜合服務平臺的業務應用層是平臺功能實現的關鍵層，主要包括：① 綜合管理模塊；② 安全管理模塊；③ 應急管理模塊；④ 視頻管理模塊。

(1) 綜合管理模塊

1) 三維基礎地理信息模塊

基于數據中心構建的三維基礎地理信息模塊是業務應用層和展示層的核心模塊，是工程安全應急綜合管理數據表達、可視化、查詢統計、分析計算的主要載體；三維GIS模塊可以展示數據中心內的數據、業務數據、數據產品和信息產品，集成各個業務應用；實現了面向地質災害業務的GIS和三維GIS空間分析功能。

2) 應急指揮模塊

依據安全應急綜合管理業務要求，建立應急指揮體系結構，包括行政等級、責任人聯系方式及相關的應急預案方案。通過建立的應急指揮體系目錄樹，選擇其中任一節點，指揮體系的相關責任人及其他信息根據行政等級分級分類排序、統計。查詢結果可在三維地理信息平臺中進行定位，發送短信(單發短信或群發短信)，查看應急預案等。

3) 決策指揮模塊

實現應急資源查詢、分析、調度、決策指揮。針對突發事件，通過收集分析預測結果，結合突發事件的進展情況，對事件的嚴重程度、可控性、影響范圍、事故性質以及可持續性等進行研判，對現場救援情況、應急資源調度情況、人員撤退等情況進行了解。針對當前災情，采集相應的資源數據、地理信息、歷史處置方案，調用專家知識庫，對災害信息綜合集成、分析、處理、評估，研究制定相應技術方案和措施，對救援過程中遇到的技術難題提出解決方案并進行指揮，實現應急救援的科學性和準確性。

(2) 安全管理模塊

安全管理模塊主要針對施工期間的制度、人員、設施設備、文檔等內容進行核查、管理、維護，從而保障整個工程安全有效地進行，保證工程的質量和時效。具體的業務工作，如圖1所示。該功能模塊本質上是對安全管理中涉及到的文檔、人員、設施設備、安全信息、工程項目信息、移動端信息進行管理維護。隨著業務工作的梳理和深入，可根據實際情況，調整功能模塊。

(3) 應急管理模塊

應急管理模塊主要針對施工前后以及施工期間的應急信息進行管理維護，從而當事件發生時可以提供及時、有效的應急信息，具體功能如圖2所示。

圖1 安全管理模塊圖

圖2 應急管理模塊圖

(4) 視頻管理模塊

通過智慧綜合視頻云平臺可以將安全管理、應急指揮方面的視頻會議、視頻監控以及日常的安全生產管理、培訓等多個部門、多業務需求的視頻結合到一個平臺上，為多部門、多角色提供不同的服務需求。對視頻的監測點、視頻設備、視頻數據的集成、管理、瀏覽、查詢，為工程建設安全應急綜合管理提供數據和功能支持。視頻管理模塊主要是對視頻監測點的信息、采集到的視頻數據以及視頻監測設備本身信息進行瀏覽、查詢、管理。

3.2.6 展示層

展示層基于基礎應用系統，展示數據中心內的數據、數據產品和信息產品。展示層的核心是基于Virtual Globe的多分辨率三維虛擬環境，在此基礎上，應用3D GIS技術疊加不同的業務專題信息和業務應用，實現不同的業務應用和業務信息的集成。安全應急管理信息展示是面向工程安全應急管理業務的一個信息展示平臺、工作平臺和管理平臺。該平臺的用戶主要包括：領導(決策人員)、項目管理人員、施工操作人員、其他相關人員。針對不同的用戶業務工作需要，該平臺展示提供不同的信息。

4 結 語

水電工程項目建設施工環境差，涉及范圍廣，各類突發事件頻繁發生，根據安全應急管理的4個動態過程，確定水電工程項目建設過程中的應急服務內容[11-13]。結合大數據、互聯網+、云計算等技術，借助“云”的概念，從基礎設施層、數據采集層、數據中心、服務支撐層、業務應用層和展示層6個方面對平臺的系統架構進行分析，構建安全和應急管理綜合服務平臺。該平臺打通了應急資源分布在不同區域、不同部門之間的“墻”，通過對一切可用應急資源的統一管理和調配來實現應急聯動、相互協同，從時間和空間上實現資源共享、迅速調配，提高應急效率，對水電工程突發事件應急管理建設具有實際指導意義。